ДЫМОГАРНАЯ КОНВЕКТИВНАЯ ТРУБА СТАЛЬНОГО ЖАРОТРУБНОГО ВОДОГРЕЙНОГО КОТЛА И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2006 года по МПК F22B37/06 

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к конструкциям дымогарных труб, используемых в теплообменных аппаратах с повышенной тепловой эффективностью, например в стальных жаротрубных водогрейных котлах.

Известны теплообменные аппараты, выполненные в виде параллельно расположенных и образующих секции конвективных труб, вваренные в верхние и нижние трубные доски. Дымовые газы проходят внутри труб, нагреваемое тело (вода) движется между трубами, омывая их в продольном или поперечном направлении (Панин В.И. Котельные установки малой и средней мощности. М.: Стройиздат, 1975, стр.210-218).

Недостатком известных теплообменных аппаратов, у которых конвективная поверхность выполнена в виде гладких труб, является низкий уровень теплообмена, обусловленный малой поверхностью теплообмена, низкой плотностью энерговыделения и недостаточной турбулизацией газовых потоков теплоносителя, особенно в ламинарном подслое около поверхности труб, где происходит основное термическое сопротивление теплообмену.

Известны дымогарные трубы, в которых конвективные поверхности имеют многозаходные спиралевидные канавки во внутренней полости и спиралевидные выступы на наружной поверхности. Такое конструктивное выполнение дымогарных труб по сравнению с гладкоствольными трубами обеспечивает увеличение поверхности теплообмена, интенсифицирует турбулентность потоков теплоносителей, разрушает пристеночные пограничные слои теплоносителя, отвечающего за интенсивность теплопередачи от одного теплоносителя к другому (патент RU 2197683, F 22 В 9/00, 27.01.2003, 4 с.).

Одним из наиболее производительных и экономически эффективных процессом изготовления таких труб является винтовое протягивание инструментальной головки с рядом давильников, которые формируют многозаходные канавки во внутренней полости трубы и ответные выступы металла на ее наружной поверхности (Петриков С.А. Разработка, исследование и освоение конструкций и технологии изготовления теплообменных труб с энергоэффективными конфигурациями поверхностей. Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук, ОАО ВИЛС, М., 2002, 20 с.; Петриков С.А., Серов Н.Б., Хованов Н.Н. Конструкция, расчет и технология изготовления конвективных труб к теплоэнергетическим аппаратам. В ж. Тяжелое машиностроение, М., 2000, №11, с.28-32; патент RU 2197683, F 22 В 9/00, 27.01.2003, 4 с.).

Однако металл всех вышеперечисленных конструкций дымогарных труб в момент запуска в эксплуатацию теплообменного аппарата подвергается разрушающему действию сернистой коррозии, которая образуется от конденсации на холодные поверхности труб водяных паров из воздуха, конденсации окислов азота NO_x, монооксида углерода СО и окислов серы SO₃ от сжигания газа или высокосернистого мазута. Находящиеся в продуктах сгорания окислы азота и окислы серы вступают в реакцию с водяными парами с образованием смеси азотной и азотистой кислот, серной кислоты, что ведет к коррозии поверхностей газохода. Например, растворимость монооксида азота 7,38 мл/100 г при 0°С, которая уменьшается с повышением температуры. Так, при 20°С и 100°С растворимость составляет соответственно 4,71 мл/100 г и 2,6 мл/100 г. Для защиты внутренних поверхностей дымогарных труб от разрушающего действия коррозии необходимо, чтобы температура металла в газоходе была выше росы проходящих газов, т.е. для предотвращения коррозии поверхностей газохода температура металла не должна быть ниже 65°С при сжигании газа и не ниже 100-110°С при сжигании высокосернистого мазута. Указанный режим в жаротрубных котлах поддерживается с помощью рециркуляционных насосов, которые заполняют котел перед очередным запуском предварительно подогретой (65°С или 100-110°С) сетевой водой (Зельдович Я.Б., Садовников П.Я., Франк-Каменецкий Д.А. Окисление азота при горении. М.: Изд-во АН СССР, 1947, 145 с; Примак А.В., Сигал А.И. Методы и аппараты снижения выбросов оксидов азота в энергоустановках. Киев: Наукова думка, 1989, 46 с.).

Такая технология борьбы с низкотемпературной коррозией поверхностей нагрева приводит к удорожанию котельной и снижает ее экономические показатели.

Цель изобретения - избежание разрушающего действия низкотемпературной коррозии на металл газохода за счет интенсивного повышения температуры металла в момент запуска котлоагрегата выше точки росы уходящих газов с одновременной интенсификацией теплообмена путем создания в пограничном ламинарном слое газохода турбулентных вихревых потоков.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном техническом решении дымогарная конвективная труба водогрейного котла, имеющая на внутренней поверхности многозаходные канавки со спиралевидным направлением, согласно изобретению предназначена для стального жаротрубного котла и состоит из двух концентрично расположенных отрезков толстостенной и тонкостенной труб, между которыми предусмотрены воздушные карманы, при этом упомянутая внутренняя поверхность является внутренней поверхностью толстостенной трубы, а на наружной поверхности толстостенной трубы спиралевидно расположены выступы, образующие совместно с внутренней поверхностью тонкостенной трубы, упомянутые воздушные карманы, при этом на торцовых участках толстостенной трубы и по ее длине дополнительно имеются кольцевые канавки и выступы для добавочного разделения воздушных карманов.

Способ изготовления дымогарной конвективной трубы водогрейного котла, основанный на формировании во внутренней полости трубы многозаходных канавок со спиралевидным направлением, заключается в том, что предварительно на наружную поверхность упомянутой трубы, являющуюся толстостенной и предназначенной для стального жаротрубного водогрейного котла, надевают с зазором тонкостенную трубу, после чего пластически формируют кольцевые и упомянутые многозаходные со спиралевидным направлением канавки во внутренней полости толстостенной трубы с формированием выступов на ее наружной поверхности, которые образуют с внутренней поверхностью тонкостенной трубы воздушные карманы.

Воздушные каналы, образованные при пластическом сочленении двух труб, термоизолируют толстостенную трубу в начальный период прохождения газового теплоносителя, что позволяет интенсивно ее прогреть по температуры выше точки росы и снизить время действия низкотемпературной коррозии. Многозаходное рифление на внутренней поверхности толстостенной трубы в виде спиралевидных и кольцевых канавок способствует созданию винтообразного турбулентного потока газового теплоносителя, который содействует турбулизации и разрушению пристеночных ламинарных зон, что в свою очередь приводит к существенно большему увеличению теплоотдачи от одного теплоносителя к другому.

Заявленное изобретение поясняется фиг.1, где показана конструктивная схема дымогарной трубы, а на фиг.2 - технологическая схема ее изготовления.

Как видно из фиг.1, дымогарная труба состоит из сочленения тонкостенной 1 и толстостенной 2 труб. Связь между трубами 1 и 2 обеспечивается путем формирования пластическим деформированием ряда канавок 3 винтообразного направления и кольцевыми канавками 4, расположенными по торцам трубы и между ними за счет ответных выступов 5 на наружной поверхности толстостенной трубы 2. Между поверхностями сочленения 1 и 2 труб имеются воздушные каналы 6, которые выполняют роль термоса в момент запуска котла и способствуют интенсивному нагреву металла толстостенной трубы 2 для быстрого преодоления временного режима выпадения сернистой, азотистой и азотной кислотной росы.

Технология изготовления предложенной конструкции поясняется фиг.2. Концентрично сочлененные с расчетным зазором трубы 1 и 2 пропускают через полый шпиндель токарно-винторезного станка 7 и через разжимную втулку 8 закрепляют в патроне станка. Свободный конец поддерживается выносным люнетом 9. Оправка 10 с инструментальной головкой с давильниками 11, размещенными в радиальной плоскости, пропускают через внутреннюю полость труб и закрепляют в резцедержателе 12 станка 7. При вращении труб и периодически взаимосвязанным через ходовой винт станка осевым перемещением инструментальной головки пластически формируют кольцевые и спиралевидные канавки в толстостенной трубе 2, ответные выступы которых обеспечивают пластическое соединение с тонкостенной трубой 1 с образованием воздушных каналов.

Эффективность предложенного технического решения выражается в том, что практически полностью исключается процесс разрушающего действия низкотемпературной коррозии в газоходном канале толстостенной трубы за счет ее быстрого прогрева, а наличие винтообразных и кольцевых канавок на ее внутренней поверхности вызывает принудительную турбулизацию газового теплоносителя в пограничном слое и интенсивную теплопередачу за счет

уменьшения толщины ламинарного пограничного слоя,

увеличения площади внутренней поверхности дымогарной трубы,

увеличения длины пути и времени прохождения газового теплоносителя.

Изобретение предназначено для дымогарных труб и может быть использовано в теплоэнергетике. Дымогарная труба состоит из двух концентрично расположенных отрезков толстостенной и тонкостенной труб. На внутренней поверхности толстостенной трубы имеются многозаходные канавки со спиралевидным направлением, а на наружной поверхности толстостенной трубы спиралевидно расположены выступы, образующие совместно с внутренней поверхностью тонкостенной трубы воздушные карманы. На торцовых участках толстостенной трубы и по ее длине дополнительно имеются кольцевые канавки и выступы для разделения воздушных карманов. Способ изготовления дымогарной трубы основан на том, что на наружную поверхность трубы, являющуюся толстостенной, надевают с зазором тонкостенную трубу, после чего пластически формируют кольцевые и многозаходные со спиралевидным направлением канавки во внутренней полости толстостенной трубы с формированием выступов на ее наружной поверхности, которые образуют с внутренней поверхностью тонкостенной трубы воздушные карманы. Изобретение позволяет избежать разрушающего действия низкотемпературной коррозии на металл газохода. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Дымогарная конвективная труба водогрейного котла, имеющая на внутренней поверхности многозаходные канавки со спиралевидным направлением, отличающаяся тем, что упомянутая труба предназначена для стального жаротрубного котла и состоит из двух концентрично расположенных отрезков толстостенной и тонкостенной труб, между которыми предусмотрены воздушные карманы, при этом упомянутая внутренняя поверхность является внутренней поверхностью толстостенной трубы, а на наружной поверхности толстостенной трубы спиралевидно расположены выступы, образующие совместно с внутренней поверхностью тонкостенной трубы упомянутые воздушные карманы, при этом на торцовых участках толстостенной трубы и по ее длине дополнительно имеются кольцевые канавки и выступы для добавочного разделения воздушных карманов.2. Способ изготовления дымогарной конвективной трубы водогрейного котла, основанный на формировании во внутренней полости трубы многозаходных канавок со спиралевидным направлением, отличающийся тем, что предварительно на наружную поверхность упомянутой трубы, являющуюся толстостенной и предназначенной для стального жаротрубного водогрейного котла, надевают с зазором тонкостенную трубу, после чего пластически формируют кольцевые и упомянутые многозаходные со спиралевидным направлением канавки во внутренней полости толстостенной трубы с формированием выступов на ее наружной поверхности, которые образуют с внутренней поверхностью тонкостенной трубы воздушные карманы.